Учёные восстановили рацион 2,1 млн человек по ДНК в сточных водах
Что смывается в канализацию, рассказывает о том, чем питаются целые города. Исследователи из университетов Дьюка и Северной Каролины выделили из проб сточных вод мельчайшие фрагменты растительной и животной ДНК и по ним восстановили пищевые привычки 19 сообществ Северной Каролины — это около 2,1 миллиона человек. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Рацион, восстановленный по стокам, оказался тесно связан с устройством районов. В более обеспеченных кварталах чаще попадались следы хмеля — того самого, что идёт в пиво. Там, где выше доля жителей, родившихся за рубежом, в пробах находили ДНК тропических фруктов и бобовых. У побережья стоки указывали на рыбный рацион, вплоть до конкретных местных видов — горбыля, испанской макрели, спинорога.
«Плохое питание — один из крупнейших факторов хронических болезней в мире, но быстрого и объективного способа измерить, что люди едят, у нас никогда не было», — сказал научный руководитель работы Лоренс Дэвид, доцент кафедры молекулярной генетики и микробиологии Дьюка и участник Центра микробиома. Новый метод, по словам Дэвида, помогает закрыть этот пробел и точнее связать питание со здоровьем.
Десятилетиями специалисты по питанию опирались на пищевые дневники и опросы. Это дорого и медленно, а люди забывают съеденное, занижают долю вредного или вовсе не попадают в выборку. Хуже всего рацион поддаётся измерению там, где болезней из-за питания особенно много, — на это Дэвид обращает отдельное внимание.
Инструмент, который команда назвала FoodSeq-FLOW, читает генетические следы в стоках и переводит короткие куски ДНК в названия конкретных растений и животных. Геномную часть вёл первый автор статьи Мэнъи Дун, сейчас — доцент Виргинского политеха, где работает центр исследований морепродуктов.
Бояться в жизни нечего — во всём этом нужно просто разобраться. И чем больше мы понимаем, тем меньше остаётся места для страха.
Мария Склодовская-Кюри
Сам подход вырос из мониторинга сточных вод, который развернули в пандемию COVID-19: по вирусам в стоках ловили вспышки, а позже стали отслеживать и другие инфекции. Ту же инфраструктуру теперь направили в сторону еды. Пробы брали с восьми очистных сооружений в трёх регионах штата — Шарлотт-Мекленбург, Бофорт-Картерет и Гринвилл-Питт — в два захода: с июня по декабрь 2020 года и в июне 2021-го.
Тема для лаборатории не новая. В 2023 году в PNAS вышла её работа, где ДНК растений выделяли ещё не из стоков, а из образцов стула, и разнообразие этой ДНК увязали с качеством питания, возрастом и доходом семьи. Перенос со стула на общегородскую канализацию поднял метод с уровня отдельного человека на масштаб целых районов.
«Сточные воды объективно показывают, как питаются сообщества, и могут помочь точнее нацеливать программы поддержки», — сказала Дун. Продовольственная безопасность, по её словам, — это не только наличие еды, но и доступ к здоровой, полноценной пище.
Точность проверили сравнением: картину из стоков сопоставили с 14 образцами стула, собранными в Дареме в июне 2021 года. Совпадение оказалось близким — значит, канализация действительно отражает местный рацион.
Отдельно авторы оговаривают приватность. Задача — не следить за конкретными людьми, а видеть закономерности по территории. Данные снимаются сразу со всего населения, без привязки к личности, и это, как отмечает соавтор Рэйчел Ноубл, профессор морских наук из университета Северной Каролины, позволяет восполнить пробелы в данных здравоохранения, никого не идентифицируя. «На выходе — моментальный снимок сообщества, по которому понятно, где нужны ресурсы», — сказала она.
Источники пищи метод различает довольно тонко. Во внутренних районах штата, например, рыбный рацион держится на считаных видах, прежде всего на разводимом атлантическом лососе. Ноубл видит здесь повод к разговору о поддержке местных рыбных хозяйств — по её мнению, сделать их продукцию доступнее вполне реально.
Данные уже интересны самим сообществам. В историческом районе Хайти в Дареме активисты добиваются открытия полноценного продуктового магазина, который принадлежал бы чернокожим предпринимателям; сам район давно называют «продовольственной пустыней». Эрин Дули, сооснователь организации BLK South и местная жительница, рассчитывает, что цифры помогут показать измеримую пользу такого магазина: за здоровой едой не пришлось бы ездить далеко. Ценность исследования она видит в том, что оно не просто оперирует данными, а подтверждает то, что люди и так чувствуют на себе.
